環境シグナル変動への適応における仮足伸長の役割の解明

• Project/Area Number: 20J00751
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 44010:Cell biology-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 橋村 秀典 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 細胞運動 / 仮足伸長 / 形態形成

Outline of Research at the Start

アメーバは外部刺激に応じて仮足を伸ばし移動するが、このとき複数の仮足を形成する探索型と主に1つの仮足を形成する直進型が見られる。本研究では化学物質の勾配変化に応じた移動方向の変化や物理障害下での移動といった条件で仮足形成の型の違いが果たす役割の解明を目指す 。研究には走化性を示し細胞型ごとに異なる仮足形成を示す細胞性粘菌の２種の分化細胞を用いる。微小流路を用いて走化性物質の勾配を反転させた際の細胞の挙動や、迷路状の流路における走化性物質の発生源への到達時間や経路選択などを測定する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は細胞性粘菌(以下、粘菌)を用いて、細胞運動様式の違いの生理的意義を明らかにすることを目指している。本年度は野生型の測定に加え、細胞変形に重要なMyosinⅡを欠損した株をCRISPR/Cas9により作成し、その変異株を用いた運動測定を行なった。これまで行ってきた核を指標にした細胞追跡による速度の定量に加え、機械学習を用いた細胞輪郭の自動検出法を導入することで、細胞形状の定量解析を新たに実施した。粘菌の組織内には運動様式の異なる柄細胞と胞子細胞の2種が存在するが、細胞型識別プローブと細胞骨格の蛍光プローブを用いた多色蛍光イメージングにより、野生型の組織内では柄細胞がF-actin重合による仮足突出を活発に行い、胞子細胞より速く移動することがわかった。しかし、Myosin欠損株では両方の細胞型において仮足突出が抑えられ、運動速度も低下していた。野生型では組織が細長く伸長することで形態形成をが進行するが、ライトシート顕微鏡を用いた測定により、この時に細胞が組織内で水平方向の回転運動から鉛直方向への移動を行い、同時に組織上部から見たMyosinⅡの局在パターンがらせん状から同心円状に変化することがわかった。MyosinⅡ欠損株はこの組織伸長が行えないことから、分化細胞の仮足形態の違いにMyosinⅡが重要な役割を果たし、またMyosinⅡによる運動・形状の制御が組織形成に重要な役割を果たす可能性が示唆された。本研究では多色かつ高S/N比での測定が可能な蛍光プローブを複数開発したが、そのノウハウの共有やプラスミドの他の研究室への分譲を行い、蛍光を用いた測定法についての論文も投稿準備を進めている。開発したプローブを用いることで、計50種を超える分子の分化細胞における局在パターンを明らかにしており、現在それらの局在の違いによる仮足形態・運動様式への影響の解析を進めている。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 細胞性粘菌におけるシグナル伝達の高感度な可視化 (2023)
  • Author(s): 森本雄祐, 橋村秀典
  • Journal Title: 月間「細胞」4月臨時増刊号 Volume: 734
• [Journal Article] Calcium responses to external mechanical stimuli in the multicellular stage of Dictyostelium discoideum (2022)
  • Author(s): Hashimura Hidenori、Morimoto Yusuke V.、Hirayama Yusei、Ueda Masahiro
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 12428-12428
  • DOI: 10.1038/s41598-022-16774-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Influence of temperature on growth and development of dictyostelid slime moulds and its implication on the evolution of cold-tolerance (2022)
  • Author(s): Hashimura, H., Kei Inouye.
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2022.09.19.508496
  • Open Access
• [Journal Article] Collective Cell Movement Under Cell-Scale Tension Gradient at Tissue Interface (2022)
  • Author(s): Matsushita, K., Hashimura, H., Kuwayama, H., Fujimoto
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microtopographical guidance of macropinocytic signaling patches (2021)
  • Author(s): Gen Honda, Nen Saito, Taihei Fujimori, Hidenori Hashimura, Mitsuru J. Nakamura, Akihiko Nakajima, Satoshi Sawai
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 118(50) Issue: 50
  • DOI: 10.1073/pnas.2110281118
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Talin B regulates collective cell migration via PI3K signaling in Dictyostelium discoideum mounds (2020)
  • Author(s): Shin-Ichi Yamazaki, Hidenori Hashimura, Yusuke V. Morimoto, Yukihiro Miyanaga, Satomi Matsuoka, Yoichiro Kamimura, Masahiro Ueda
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 525 Issue: 2 Pages: 372-377
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.02.060
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Micro-topographical guidance of macropinocytic signaling patches (2020)
  • Author(s): Honda Gen、Saito Nen、Fujimori Taihei、Hashimura Hidenori、Nakamura Mitsuru J.、Nakajima Akihiko、Sawai Satoshi
  • Journal Title: bioRvix Volume: -
  • DOI: 10.1101/2020.08.29.273185
  • Open Access
• [Journal Article] リーダー細胞に誘導される集団細胞回転 (2020)
  • Author(s): 松下勝義, 薮中俊介, 橋村秀典, 桑山秀一, 藤本仰一
  • Journal Title: 交通流と自己駆動粒子系シンポジウム論文集 Volume: 26
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 細胞性粘菌の４色蛍光イメージングのためのプローブ開発 (2022)
  • Author(s): 橋村秀典, 桑名悟史, 中川日々紀, 安達智子, 杉田登代子, 藤代祥子, 澤井哲
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 細胞性粘菌の４色蛍光イメージングのためのツールキット開発 (2022)
  • Author(s): 橋村秀典, 桑名悟史, 安達智子, 杉田登代子, 藤代祥子, 澤井哲
  • Organizer: 第12回日本細胞性粘菌学会例会
• [Presentation] 細胞選別の２次元再構築系を用いた運動解析 (2021)
  • Author(s): 橋村秀典、藤森大平、安達智子、澤井哲
  • Organizer: 日本細胞性粘菌学会 第11回例会
• [Presentation] 細胞性粘菌の発生における細胞間コミュニケーションの動態の研究 (2021)
  • Author(s): 橋村秀典
  • Organizer: 日本細胞性粘菌学会 第11回例会